科学家成功将光束限制在原子尺度内

新华社北京4月23日电(记者张莹)一个国际团队在新一期美国《科学》杂志上报告说，他们利用石墨烯等材料成功将光束限制在一个原子大小的尺度内，刷新了光束限制微观尺度的新纪录。这一成果有助于研制更小尺寸的光学元件。

光子因运动速度极快等性质，被广泛用于通信传输等领域，例如计算机芯片内的传感装置、纳米激光器等。许多科学家致力于进一步缩小光学元件尺寸，此前已实现用金属材料将光束限制在光波尺度范围，但需要耗费很高的能量。

在最新研究中，西班牙光子科学研究所科学家与葡萄牙米尼奥大学、美国麻省理工学院同行一起，使用新材料构造出一种新型纳米尺度光学元件。他们将一层六方氮化硼铺在一层石墨烯上，并在最表层铺设了金属棒阵列。

六方氮化硼是绝缘体，而石墨烯是性质独特的半导体材料。光子在石墨烯中以等离子体形式传播，后者是光子与自由电子耦合产生的一种局域震荡电磁波。

“最初我们想寻找一种激发石墨烯中等离子体的新方法，在过程中，我们发现光束限制(效应)比以前更强烈，额外(能量)损失更小。”论文第一作者、光子科学研究所的戴维·伊兰索解释说。

研究人员让红外线光束穿过上述装置，以观察被激发的等离子体如何传播。为了试探光束传播的极限空间，研究人员不断缩小金属和石墨烯之间的距离。他们发现，当金属和石墨烯间仅隔一层六方氮化硼，被激发的等离子体仍能在一个原子厚度的通道内自由通行。

研究人员说，施加电压可以成为控制通道内等离子体传播的开关，这项研究意味着，将光束传播限制在原子尺度的通道中完全可行。这一成果将有助于研制新的光学通信元件及纳米尺度光学传感器等。